受自然界的启发,超分子化学家设计并合成了一系列结构精美、功能多样的超分子结构。值得注意的是,目前已发展的超分子体系以高度对称结构为主。然而,具有特殊局部微环境的低对称结构在生命体系中扮演着重要角色。例如,具有低对称性特点的血红蛋白由四个不对称的亚基组成,确保了氧的结合、释放和运输调节。同样,胰蛋白酶活性中心氨基酸残基的不对称排列决定了它能够识别并作用于特定的肽键序列,从而确保了蛋白水解反应过程中的高催化选择性。相比于高度对称的超分子结构,低对称性超分子结构具有更少的对称元素(对称中心、对称轴和对称面),表现出特定的空腔、结合位点和结构多样性,对于特异性识别同分异构体和催化反应具有重要意义。
目前低对称性超分子结构,因其特定的结构、特异的识别和催化能力,受到了广泛关注。超分子化学家在低对称超分子结构的构筑方面付出了诸多努力。但低对称超分子结构的构筑及功能开发方面仍面临重大挑战。首先,组装过程中易产生多种热力学稳定性相似的同分异构体,导致组装不可控;其次,低对称性超分子结构体系十分有限,限制了低对称性超分子的功能开发。
针对上述问题,王明教授课题组长期致力于低对称性超分子结构的设计与功能开发,提出了多种有效的低对称超分子结构组装策略:(1)增加配体的不对称性,实现三维配位超分子笼构象的精准控制;(2)设计非对称修饰三联吡啶基元,发展选择性互补配位策略,实现了仅单一配位基元存在下超高的配体和金属选择性,一锅法构筑了双金属可控分布的超分子结构;(3)引入空间位阻,实现二维超分子配位模式的精准调控,并通过超低温扫描隧道显微镜对低对称超分子结构进行可视化表征。有效组装策略的开发对于低对称性超分子结构的精准构筑至关重要,也是实现低对称性超分子功能的重要前提。基于组装策略的开发,王明教授团队进一步将功能基元引入低对称性超分子结构中,发展了一系列功能性叠层超分子材料体系,实现了高效电化学发光、光催化、手性转移和圆偏振发光(CPL)性质;同时利用角度限制精准构筑了一系列具有低对称性棱柱结构的材料,克服了组装结构依赖于功能基元齿数的限制,并展现出多功能性,如高效自由基发光、机械互锁及低对称性客体的选择性封装。
该综述系统地介绍了王明教授课题组在低对称性超分子结构的构筑策略及其功能开发的相关工作,将为低对称性超分子结构的精准构筑与功能探索提供重要借鉴意义。相关研究成果以全文形式发表在Accounts of Chemical Research杂志上(Acc. Chem. Res.2025.DOI: 10.1021/acs.accounts.5c00209)。91视频-性视频-国产视频
鼎新学者博士后史俊娟为第一作者,王明教授为通讯作者。

图.低对称超分子结构的构筑与功能开发
论文链接://doi.org/10.1021/acs.accounts.5c00209